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为解决 Sb 基阳极材料在合金化 / 脱合金化过程中严重的体积膨胀问题，研究人员制备了一系列 Sb 基合金 / 碳纳米纤维复合材料（SbM/CNFs，M=Co, Zn, Ni）。其中 SbCo/CNFs 表现优异，为合成高比容量和循环稳定性的 Sb 基合金提供新途径。
随着全球对气候变化的关注度不断攀升，能源领域正经历着一场深刻变革，急需用可再生能源取代传统化石能源。锂离子电池（LIBs）凭借高能量密度、长寿命等优势，在可再生能源领域占据重要地位。然而，锂资源的短缺及其全球分布不均，让人们对其可持续发展忧心忡忡。在这样的背景下，钠离子电池（SIBs）走进了人们的视野。SIBs 与 LIBs 有着相似的化学性质和工作机制，而且钠储量丰富、成本低廉，被视为大规模储能领域最具潜力的商业选择之一。
不过，SIBs 的发展并非一帆风顺。Na?较大的离子半径（1.02 ? ，而 Li?仅为 0.76 ?）使得其反应动力学缓慢，钠存储容量也受到影响。传统用于 LIBs 的石墨材料，在 SIBs 中并不适用。目前，SIBs 的阴极材料研究取得了显著进展，如各类过渡金属氧化物、聚阴离子化合物等。但阳极材料的匮乏，成为阻碍 SIBs 快速发展的关键因素。
在众多具有合金化反应机制的阳极材料中，锑（Sb）脱颖而出，它有着高理论比容量（660 mA?h?g?1）、小电极极化（～0.25 V）、合适的 Na?脱嵌电位（0.5?0.75 V vs. Na?/Na） 、低成本以及环境友好等诸多优点，被认为是极具应用前景的 SIBs 阳极材料。可 Sb 也有个大麻烦，在与 Na?的合金化和脱合金化过程中，会发生高达 290% 的体积膨胀，这会导致电极材料粉化，可逆容量迅速下降。为了解决这个难题，科研人员进行了诸多尝试，像设计多孔电极材料、与碳材料复合、合成金属间化合物等。
在这样的研究困境与探索之下，相关研究人员开展了一项重要研究。研究人员通过结合电纺丝和高温氢还原技术，开发出一种通用合成路线，制备了一系列 Sb 基合金 / 碳纳米纤维复合材料（SbM/CNFs，M=Co, Zn, Ni）。研究创新性地引入了非活性元素，以此形成稳定性更高的 Sb 基合金，有望用作高性能 SIBs 阳极材料。
研究发现，SbCo 纳米颗粒在碳纳米纤维（CNFs）导电网络中实现了均匀分散，其含量高达 69.12%（质量）。当将 SbCo/CNFs 作为 SIBs 的阳极材料进行评估时，它展现出了卓越的钠存储性能。在 0.1 A?g?1 的电流密度下，其初始放电容量达到 580.0 mA?h?g?1 ，经过 100 次循环后，仍能保持 483.5 mA?h?g?1 的容量。即使电流密度提升至 1.0 A?g?1 ，在 150 次循环后，比容量依然维持在 344.5 mA?h?g?1 。这一研究成果为合成具有高比容量和循环稳定性的 Sb 基合金开辟了新的道路，对推动 SIBs 的发展具有重要意义，该研究成果发表在《Chinese Journal of Chemical Engineering》上。
研究人员开展这项研究主要运用了以下关键技术方法：首先是电纺丝技术，通过该技术制备出前驱体，为后续形成复合材料的特殊结构奠定基础；其次是高温氢还原技术，利用高温氢气环境对前驱体进行还原处理，从而得到目标产物 Sb 基合金 / 碳纳米纤维复合材料 。
下面来看具体的研究结果：
- 材料表征：通过对 Co/CNFs、Sb/CNFs 和 Sb - Co/CNFs 复合材料进行 XRD 分析（X 射线衍射分析，一种用于分析材料晶体结构的技术），发现约 26° 处有宽峰，对应 PVP 分解产生的无定形碳。Sb - Co/CNFs 复合材料在 31.58°、44.03°、46.6°、57.94° 和 59.68° 的特征峰，证明了其晶体结构的存在。同时，Co、Sb 和 Sb - Co 纳米颗粒在 CNFs 中尺寸小且分散均匀，导致特征峰强度较低。
- 钠存储性能测试：对制备的 SbM/CNFs 阳极材料进行钠存储性能测试，结果显示，SbCo/CNFs 阳极表现最为出色。在不同电流密度下，它都展现出较高的初始放电容量和良好的循环稳定性，具体数据如前文所述。这得益于导电 CNFs 和均匀分散的 SbCo 纳米颗粒之间的协同作用，不仅提升了电子导电性，还增强了结构稳定性，有效降低了体积变化。
研究结论表明，通过电纺丝和高温氢还原相结合的方法成功制备了 SbCo/CNFs 复合材料。引入的非活性元素形成了稳定的 Sb 基合金，且 SbCo 纳米颗粒均匀分散于 CNFs 导电网络中。该复合材料作为 SIBs 阳极材料时，具备优异的钠存储性能。这一研究成果为解决 SIBs 阳极材料的体积膨胀问题提供了有效方案，同时也为开发高性能 SIBs 阳极材料指明了新方向，有助于推动钠离子电池在大规模储能领域的实际应用，对缓解全球能源压力、促进能源可持续发展具有重要意义。
